CN204005555U - 应用于lcd液晶屏的侧光式双背光结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，该结构包括前金属框、液晶玻璃、塑胶框和由下至上依次层叠在塑胶框内的无孔反光膜、光源导光板组、光学增光膜和扩散膜；光源导光板组包括日间高亮的第一光源导光板和夜视兼容的第二光源导光板，第一光源导光板与第二光源导光板相叠；第一光源导光板的单侧边或两侧边上粘贴有高亮度LED灯条，第二光源导光板的单侧边粘贴有LED灯条；LED灯条上每个LED灯珠均对应容纳在相应的每个夜视过滤罩内。本实用新型两片不同的导光板制作，满足日间户外阳光下可视的亮度要求，切换到夜视背光时又可满足夜视兼容性的要求，同时仍保持LCD原屏的外部尺寸和厚度基本不变，厚度薄、功耗低、抗振动抗冲击性优越。
Description
技术领域
本实用新型涉及LCD背光技术领域，尤其涉及一种应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构。
背景技术
LED作为LCD背光源已经非常成熟，基于LED所具有的光电转换效率高，低温特性好，寿命长且绿色环保，直流驱动电路简单而无干扰的优点，几乎完全取代了CCFL背光源。目前LCD背光所用的LED基本上都是以白色LED为主，其中侧式背光主要是由光源及依次排列是整张无孔反光膜33、导光板34、光学增光膜35、扩散膜36、塑胶框32、液晶玻璃31(open cell)和前金属框30组成，如图5。市场上3寸～15寸的小尺寸液晶屏，基本都是单边侧式背光，亮度范围在100～250流明；15寸～24寸中尺寸液晶屏，多数是单边或双边侧式背光，亮度范围在200～400流明，都是属于单背光系统，因功耗、过热问题和内部空间限制，都是使用低功耗小功率LED做背光，亮度低户外阳光下无法使用，也不可能提供夜视兼容所需要的双背光系统。光源为LED灯条37放在导光板34的侧边，导光板34为全透明亚克力板材料，且底面有特制的密集反光点。
底光式背光依次排列的主要是用于放置底背光的金属底盆48（盆的深度大约是15-20mm）、LED矩阵光源47、有孔反光膜43(孔位和大小与每粒LED的位置和尺寸相对应），雾板44（2～3mm厚的半透明亚克力板，透明度是55～65%，二面都没有反光点），光学增光膜45和扩散膜46，塑胶框42、液晶玻璃41(Open Cell)和前金属框40组成，如图6。由于LED矩阵是点光源，其光源投射的形态如同一个倒转的圆锥形由发光点向外扩散，光源强度在不低于最高亮度值的80%时的扩散角度只有60度，差不多是个等边三角形，如果每个点光源之间的间距是相隔15～16毫米，点光源与其上面的雾板44之间就必须要保持16～18毫米的高度距离才能得到一个光点扩散开，并互相连接重叠的均匀光照面。而雾板44的作用就是进一步将光点均匀扩散，使底光式背光达到LCD液晶屏所需要的均匀度良好的面光源。这个方案是目前全世界所有底光式背光所采用的方案，包括专利号CN100428020C的底光式双背光方案，无论是用CCFL还是用LED做光源，光源与液晶屏之间都要保持一定的间距，并需要用雾板来做光点的扩散。这就是为什么底光式背光厚度大的原因。
目前，在国内制作既有日间高亮又有夜视兼容功能的LCD屏都是用LED矩阵做底光式的双背光系统，是在一片与LCD液晶屏显示区几乎同等大小的PCB板上排列二套LED矩阵背光，两套光源分别按照日间和夜间工作状态的需要均匀排列，该方式可参见专利号CN100428020C和图7。公知常识是具有夜视兼容功能的双背光液晶屏主要是应用在军用显示器上，例如航空机载和手持显示设备；而这类军用显示器的尺寸大多是几英寸至十几二十英寸以下的中小尺寸屏。众所周知，这类中小尺寸的液晶屏目前都是很薄的侧光式背光的液晶屏，这类屏的厚度小尺寸只有3～6毫米，中尺寸的也只有十毫米左右，而这些液晶屏的T-con板或柔性线路板51都是180度翻转固定在液晶屏的背后，如图8。如果用底背光的方式做双背光系统，液晶屏的原结构要做很大的改动，甚至完全不能利用。而底背光的厚度最少也要在十几二十毫米以上，因为底背光的LED光源是点光源，要达到亮度均匀的面光源，LED与雾板之间要保持一定的距离才能令光点扩散开，达到显示屏可使用的均匀度要求；而T-con板或FPC板与液晶玻璃粘连在一起的软排线的长度是在制作时就固定了，长度只有几毫米或十毫米左右，而底背光增加的厚度令液晶屏的T-con板或FPC板无法再翻转到屏的背后如原屏那样做固定，只能是90度垂直立在屏的侧边上，如图2，这种结构具有如下缺陷：1）非常不利于军用级别的显示器的加固和抗震抗冲击性，而用底背光做出的手持液晶显示设备，也会很厚而且笨拙不方便携带使用；2）底背光所用的LED数量也比较多，功耗就会增加，产生的热量就大，不利于高温工作环境的特性要求，功耗大也不利于户外手持显示设备对低功耗的要求；3）底背光厚度增加也令机壳的厚度必须跟随增加，整体显示设备的重量也就必然增加，这在军用显示器的重量要求上，特别是对航空机载显示器，因为机载设备要求减轻重量是非常严格的，是以克（g）为单位来减轻设备的重量。
综合上述描述，现有的底光式的双背光系统无法满足市场的需求。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，该结构既能满足日间户外阳光下可视的亮度要求，切换到夜视背光时又可满足夜视兼容性的要求。
为实现上述目的，本实用新型提供一种应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，包括前金属框、液晶玻璃、塑胶框和由下至上依次层叠在塑胶框内的无孔反光膜、光源导光板组、光学增光膜和扩散膜；所述光源导光板组包括日间高亮的第一光源导光板和夜视兼容的第二光源导光板，所述第一光源导光板与第二光源导光板相叠；所述第一光源导光板的单侧边或两侧边上粘贴有高亮度LED灯条，所述第二光源导光板的单侧边粘贴有LED灯条；所述LED灯条上每个LED灯珠均对应容纳在相应的每个夜视过滤罩内。
其中，所述LED灯条还包括PCB板，每个夜视过滤罩通过黑色遮光胶与PCB板粘合后围合成密封腔，所述每个LED灯珠容纳在对应的每个密封腔内。
其中，所述第二光源导光板为注塑工艺制作的楔形导光板，导光板上反光点的密度从远离LED灯珠至靠近LED灯珠的位置呈逐渐变小的趋势变化。
其中，所述第一光源导光板的单侧边粘贴高亮度LED灯条，且所述第一光源导光板上反光点的密度从远离LED灯珠至靠近LED灯珠的位置呈逐渐变小的趋势变化。
其中，所述第一光源导光板为平板形或楔形导光板。
其中，所述第一光源导光板的两侧边均粘贴高亮度LED灯条，且所述第一光源导光板上反光点的密度由中间向两边呈逐渐变小的趋势变化。
其中，所述第一光源导光板为平板型导光板。
其中，所述第一光源导光板的反光点由反光油墨印刷而成，且所述第一光源导光板需位于第二光源导光板的下方。
其中，所述第一光源导光板的反光点由激光雕刻或注塑成型而成的，且所述第一光源导光板可位于第二光源导光板的上方。
本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型提供的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，日间高亮的第一光源导光板、夜视兼容的第二光源导光板和LED灯条的结合，以侧光的方式即实现了该双背光结构，用两片不同的导光板制作，满足日间户外阳光下可视的亮度要求，切换到夜视背光时又可满足夜视兼容性的要求，同时仍保持LCD原屏的外部尺寸和厚度基本不变，厚度薄、功耗低、易加固，抗振动抗冲击性优越，为军用车载、手持显示设备、舰载和机载等提供更好的超高亮阳光下可视和具备夜视兼容功能的显示模组；同时，采用每个LED灯珠上都对应由一个夜视过滤罩遮盖住，可过滤去红色光和红外光而完全不会漏光，保证了完好的夜视兼容性且节约了材料。本实用新型具有设计合理、功率小、成本低、方便携带等特点。
附图说明
图1为本实用新型第一具体实施例的爆炸图；
图2为图1中LED灯条的结构图。
主要元件符号说明如下：
10、前金属框 11、液晶玻璃
12、塑胶框 13、无孔反光膜
14、第一光源导光板 15、第二光源导光板
16、光学增光膜 17、扩散膜
18、LED灯条 19、夜视过滤罩
181、LED灯珠 182、PCB板
图3为本实用新型第二具体实施例的爆炸图；
图4为图3中LED灯条的结构图。
主要元件符号说明如下：
20、前金属框 21、液晶玻璃
22、塑胶框 23、无孔反光膜
24、第一光源导光板 25、第二光源导光板
26、光学增光膜 27、扩散膜
28、LED灯条 29、夜视过滤罩
281、LED灯珠 282、PCB板
图5为现有技术第一实施例的爆炸图。
主要元件符号说明如下：
30、前金属框 31、液晶玻璃
32、塑胶框 33、无孔反光膜
34、导光板 35、光学增光膜
36、扩散膜 37、LED灯条
图6为现有技术第二实施例的爆炸图。
主要元件符号说明如下：
40、前金属框 41、液晶玻璃
42、塑胶框 43、孔反光膜
44、雾板 45、光学增光膜
46、扩散膜 47、LED矩阵光源
48、金属底盆
图7为现有技术中LED排列的示意图；
图8为图7中FPC翻转180°后的结构图。
主要元件符号说明如下：
51、柔性线路板
具体实施方式
为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。
请参阅图1-2，本实用新型提供的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构的第一具体实施方式，包括前金属框10、液晶玻璃11、塑胶框12和由下至上依次层叠在塑胶框12内的无孔反光膜13、日间高亮的第一光源导光板14、夜视兼容的第二光源导光板15、光学增光膜16和扩散膜17；第一光源导光板14的反光点由反光油墨印刷而成，第一光源导光板14的单侧边或两侧边上粘贴有高亮度LED灯条18，第二光源导光板15为注塑工艺制作的楔形导光板，导光板15的单侧边粘贴有LED灯条18；LED灯条18上每个LED灯珠181均对应容纳在相应的每个夜视过滤罩19内；LED灯条18还包括PCB板182，每个夜视过滤罩19通过黑色遮光胶与PCB板182粘合后围合成密封腔，每个LED灯珠181容纳在对应的每个密封腔内。请进一步参阅图3-4，本实用新型提供的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构的第二具体实施方式，包括前金属框20、液晶玻璃21、塑胶框22和由下至上依次层叠在塑胶框22内的无孔反光膜23、夜视兼容的第二光源导光板25、日间高亮的第一光源导光板24、光学增光膜26和扩散膜27；第一光源导光板24的反光点由激光雕刻或注塑成型而成的，第一光源导光板24的单侧边或两侧边上粘贴有高亮度LED灯条28，第二光源导光板15为注塑工艺制作的楔形导光板，导光板25的单侧边粘贴有LED灯条28；LED灯条28上每个LED灯珠281均对应容纳在相应的每个夜视过滤罩29内；LED灯条28还包括PCB板282，每个夜视过滤罩29通过黑色遮光胶与PCB板282粘合后围合成密封腔，每个LED灯珠282容纳在对应的每个密封腔内。
上述两个实施例表明，第一光源导光板24与第二光源导光板25的位置是根据第一光源导光板24的反光点是否是反光油墨印刷而成的方式决定的。
相较于现有技术，且基于上述的两个实施方式，本实用新型提供的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，日间高亮的第一光源导光板、夜视兼容的第二光源导光板和LED灯条的结合，以侧光的方式即实现了该双背光结构，用两片不同的导光板制作，满足日间户外阳光下可视的亮度要求，切换到夜视背光时又可满足夜视兼容性的要求，同时仍保持LCD原屏的外部尺寸和厚度基本不变，厚度薄、功耗低、易加固，抗振动抗冲击性优越，为军用车载、手持显示设备、舰载和机载等提供更好的超高亮阳光下可视和具备夜视兼容功能的显示模组；同时，采用独立夜视过滤罩遮盖住每个LED灯珠，可过滤去红色光和红外光而完全不会漏光，保证了完好的夜视兼容性。本实用新型具有设计合理、功率小、成本低、方便携带等特点。
在本实施例中，第二光源导光板上反光点的密度从远离LED灯珠至靠近LED灯珠的位置呈逐渐变小的趋势变化。第二光源导光板为夜视兼容模式的背光，采用单边式侧光源，导光板是注塑工艺制作的一边厚另一边薄的楔形导光板，厚度是2～3.5mm逐渐减薄到1～1.5mm，如果对第二光源的均匀度要求不高的话，也可以与第一光源共用一片较厚的导光板，实现双背光系统。
在本实施例中，若第一光源导光板的单侧边粘贴LED灯条，则第一光源导光板为平板形或楔形导光板，且第一光源导光板上反光点的密度从远离LED灯珠至靠近LED灯珠的位置呈逐渐变小的趋势变化。若第一光源导光板的两侧边均粘贴LED灯条，则第一光源导光板为平板型导光板，且第一光源导光板上反光点的密度由中间向两边呈逐渐变小的趋势变化。第一光源导光板为日间高亮背光，如亮度要求不是很高，采用单边式侧光源，导光板可以采用原屏的导光板或制作新的导光板，新做导光板可以是厚度均匀一致的平板形或一边厚一边薄的楔形，反光点的密度是由靠近光源密度低，逐渐增加到远离光源的密度高。如果亮度要求非常高，需采用双边式侧光源，导光板必须是厚度一致的平板型导光板，根据原屏的厚度和所选的LED的大小，采用2～4mm厚度的导光板，反光点的密度是靠近光源的两侧密度低，导光板的中心区域密度高来保证均匀度。第一光源导光板的高亮度LED灯条，根据原屏的厚度和亮度要求可选用SMD的4014、3020、7020，2828、3528、5630等封装尺寸的LED，做高密度排列，灯与灯之间只保留约1.5～2mm的间距，电路是根据与液晶屏尺寸相配套的LED灯条的长度和驱动电压的匹配要求，3～7粒串联为一组，数组并联。工作电流控制在不超过LED额定电流的70%或以下，PCB板用铝基板附加L型散热铝板来保证LED灯条不会因过热而造成亮度衰减太大影响使用寿命。
第二光源导光板的LED夜视兼容灯条，因为夜视兼容的亮度要求不高，可选用小型SMD的0805、1206或1208封装的LED，不需要高密度排列，所用的LED数量少热量低。第二光源导光板的灯条的PCB板可以与第一光源导光板的灯条的PCB做在一起；也可以用较薄的纤维板做成独立的PCB板，因为夜视过滤罩顶部的厚度是大约0.8～1.0mm，薄的纤维板可以比铝基板的PCB薄1mm，令加了夜视过滤罩的第二光源的灯的高度与没有加过滤罩的第一光源的灯的高度相差不多，方便安装。电路也是3～7粒串联，数组并联。因灯的数量少热量低，工作电流可以是标准额定电流或根据亮度要求设定。
夜视兼容夜视过滤罩的颜色可以根据客户的要求选用单一颜色的绿色，黄色，红色，白色或多色的。液晶屏是全彩的，如果选用多色的夜视过滤罩，夜视兼容的屏也可以显示多种颜色，因过滤掉了红色光和红外光，彩色图像将略偏绿色，由于夜视过滤罩是按所用的LED封装尺寸做成独立的，一粒LED灯珠只用一个过滤罩的方式，因而完全不会漏光，保证了完好的夜视兼容性。
双背光的驱动电路要求是2个各自独立的恒流源模式，需具有PWM占空比调制输入端口，可接入手动或自动模式的调制信号做100%～0% 的深度亮度调整（Manual or Auto Dimming），如果亮度调整采用了自动模式，双背光的切换就需要采用手动模式，而双背光的切换只控制两个背光驱动电路之间的互为关闭或打开的状态，在双背光的2个驱动电路中共用一个亮度控制电路。
本实用新型的优势在于：
1）选用的LED为光源，用两片不同的导光板制作超高亮和具备夜视兼容模式的LED侧光式双背光结构，日间背光将LCD屏的亮度提高到650至1000流明以上，满足日间户外阳光下可视的亮度要求，切换到夜视兼容背光时又可满足夜视兼容性的要求，同时仍保持LCD原屏的外部尺寸和厚度基本不变，易于加固。
2）夜视兼容模式的第二光源导光板的背光，采用单边侧光源，导光板是注塑工艺制作的一边厚另一边薄，透光度高的楔形导光板。如果对第二光源的均匀度要求不高的话，也可以与第一光源共用一片较厚的导光板，实现双背光系统。
3）日间高亮模式的第一光源的高亮度LED灯条，选用SMD的4014、3020、7020，2828、3528、5630等封装尺寸的LED，做高密度排列，附加L型导热铝板，增加散热的效果。夜视兼容模式的第二光源的LED灯条，选用小型SMD的0805、1206或1208封装的LED，以保证双背光的液晶屏的厚度不需要增加很多，所用LED型号包括但不限于所述LED。
4）过滤材料选用中心凹进去的长方形小型夜视过滤罩，在焊接了LED灯珠至PCB板上，将LED灯珠用夜视过滤罩完全扣住，用黑色遮光胶与PCB板粘合密封，彻底遮盖住LED，过滤掉红色光和红外光而完全不会漏光，保证了完好的夜视兼容性，选用多色的夜视过滤罩，夜视兼容的屏也可以显示多种颜色。
5）夜视兼容的第二光源的楔形导光板，既可放在日间高亮的第一光源的导光板的后面，如果第一光源的导光板的反光点不是反光油墨印制的；夜视兼容的第二光源的楔形导光板，也可放在日间高亮的第一光源导光板的前面，如果该导光板的反光点是反光油墨印制的。
另外，在本实用新型中由于是采用侧光式背光，力争尽量不改变原屏的物理尺寸或只增加2～4mm厚度，可根据不同的屏而有所不同，增加的这一点厚度仅仅是加入的第二光源导光板的厚度而已。而在侧光式背光所用的导光板是全透明的亚克力板，在背向液晶屏的那一面，也就是底面有特制的密集反光点。制作这些密集的反光点所用的技术之前是用丝印的方式用反光油墨在导光板的底面印上反光点，反光点有圆形、方形和六边的棱形等形状，反光点的直径大约是0.5～2毫米之间左右，密度变化是靠近光源的位置密度低，离光源远的地方密度逐渐增高，以此来改善均匀度。这些反光点由于密度很高，而且反光油墨透光率很低，足以阻挡在它后面光源的穿透，无法再增加另一个光源做第二光源。这也就是为什么之前无人做侧光式双背光的原因了。目前科技有了发展，导光板的工艺也有了新的变化；为了提高导光板的反光效率增加亮度，出现了激光雕刻做反光点和注塑机一次成型的注塑工艺做导光板。这二种工艺做出来的导光板都不再需要使用反光油墨，也就都不会遮挡很多光源，底光的穿透率可以达到85～90%左右，尤其是注塑的方法，可以做成楔形的单边光源的导光板，即光源射入方向的那一边厚一些，大约2～3mm，厚度逐渐减薄到无光源的另一边，厚度大约减薄到1～1.5mm，再配合非常细小的由低密度光源这边逐渐增加密度至无光源的另一边，为液晶屏提供均匀度可接受的背光源。注塑工艺做出的反光点可以非常细小，可以做到直径0.1～0.3mm，如同雾状，光的穿透率很高，对第二光源的穿透影响不大，而第二光源是夜视兼容的光源，亮度要求不高，在未加夜视过滤罩时的亮度只需要达到100～150nits流明，如果将第二光源导光板放在第一光源导光板下面，第二光源的光穿透第一光源导光板后，得到的光源亮度完全可以达到100-150nits的夜视兼容模式的亮度要求。如果第一光源导光板的反光点是用反光油墨印制的，可将第二光源导光板放在第一光源导光板的上面，由于第二光源的导光板是注塑工艺加工的，穿透率高，对第一光源的高亮光源遮挡不多，也可以满足第一光源的日间高亮背光的亮度指标。因此可根据实际需要改变两个导光板的位置。
以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，其特征在于，包括前金属框、液晶玻璃、塑胶框和由下至上依次层叠在塑胶框内的无孔反光膜、光源导光板组、光学增光膜和扩散膜；所述光源导光板组包括日间高亮的第一光源导光板和夜视兼容的第二光源导光板，所述第一光源导光板与第二光源导光板相叠；所述第一光源导光板的单侧边或两侧边上粘贴有高亮度LED灯条，所述第二光源导光板的单侧边粘贴有LED灯条；所述LED灯条上每个LED灯珠均对应容纳在相应的每个夜视过滤罩内。
2.根据权利要求1所述的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，其特征在于，所述LED灯条还包括PCB板，每个夜视过滤罩通过黑色遮光胶与PCB板粘合后围合成密封腔，所述每个LED灯珠容纳在对应的每个密封腔内。
3.根据权利要求1所述的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，其特征在于，所述第二光源导光板为注塑工艺制作的楔形导光板，导光板上反光点的密度从远离LED灯珠至靠近LED灯珠的位置呈逐渐变小的趋势变化。
4.根据权利要求1所述的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，其特征在于，所述第一光源导光板的单侧边粘贴高亮度LED灯条，且所述第一光源导光板上反光点的密度从远离LED灯珠至靠近LED灯珠的位置呈逐渐变小的趋势变化。
5.根据权利要求4所述的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，其特征在于，所述第一光源导光板为平板形或楔形导光板。
6.根据权利要求1所述的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，其特征在于，所述第一光源导光板的两侧边均粘贴高亮度LED灯条，且所述第一光源导光板上反光点的密度由中间向两边呈逐渐变小的趋势变化。
7.根据权利要求6所述的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，其特征在于，所述第一光源导光板为平板型导光板。
8.根据权利要求1所述的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，其特征在于，所述第一光源导光板的反光点由反光油墨印刷而成，且所述第一光源导光板需位于第二光源导光板的下方。
9.根据权利要求1所述的应用于LCD液晶屏的侧光式双背光结构，其特征在于，所述第一光源导光板的反光点由激光雕刻或注塑成型而成的，且所述第一光源导光板可位于第二光源导光板的上方。
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